Email: kinhdoanh@pccc.vn
Catalog FireSmart 07.2026TCVN X1993-1-2:202x thiết kế kết cấu thép chịu lửa – phần 1-2: quy định chung
<<< Download bản PDF >>>
Lời nói đầu
TCVN X1993-1-2:202x được xây dựng trên cơ sở tham khảo tiêu chuẩn EN 1993-1-2:2005 Eurocode 3: Design of steel structures — Part 1-2: General rules — Structural fire design.
TCVN X1993-1-2:202x do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
1. Quy định chung
1.1 Phạm vi
1.1.1 Phạm vi của TCVN X1993
(1) TCVN X1993 áp dụng cho thiết kế nhà và công trình dân dụng bằng kết cấu thép. Tiêu chuẩn này tuân thủ các nguyên tắc và yêu cầu về an toàn và giới hạn sử dụng của các kết cấu, cơ sở thiết kế và kiểm tra kết cấu được đưa ra trong TCVN X1990 – Cơ sở thiết kế kết cấu.
(2) TCVN X1993 chỉ liên quan đến các yêu cầu về sức kháng, giới hạn sử dụng, độ bền và khả năng chống cháy của kết cấu thép. Các yêu cầu khác, ví dụ liên quan đến cách nhiệt hoặc cách âm, không được xem xét.
(3) TCVN X1993 cần được sử dụng đồng thời với:
TCVN X1990 Cơ sở thiết kế kết cấu
TCVN X1991 Tác động lên các kết cấu, tất cả các phần liên quan
Tiêu chuẩn EN cho các sản phẩm xây dựng liên quan đến kết cấu thép TCVN XXXX (EN 1090) “Thi công kết cấu thép”
TCVN 9386 “Thiết kế kết cấu chịu động đất”, nơi kết cấu thép được xây dựng trong vùng chịu động đất
(4) TCVN X1993 được chia thành sáu phần:
TCVN X1993-1 Thiết kế kết cấu thép: Các quy định chung. EN 1993-2 Thiết kế kết cấu thép: Cầu thép.
TCVN X1993-3 Thiết kế kết cấu thép: Tháp, cột và ống khói. TCVN X1993-4 Thiết kế kết cấu thép: Silo, bể chứa và đường ống. TCVN X1993-5 Thiết kế kết cấu thép: Cọc.
TCVN X1993-6 Thiết kế kết cấu thép: Kết cấu đỡ cần trục .
1.1.2 Phạm vi của TCVN X1993-1-2
(1) TCVN X1993-1-2 đưa ra các quy định thiết kế cho kết cấu thép khi chịu tác dụng của lửa trong tình huống sự cố và được biên soạn để sử dụng kết hợp với TCVN XXXX-1-1 và TCVN X1991-1-2. TCVN X1993-1-2 chỉ đưa ra những khác biệt hoặc bổ sung so với trường hợp kết cấu ở điều kiện nhiệt độ thường.
(2) TCVN X1993-1-2 chỉ xét đến các giải pháp bảo vệ chịu lửa thụ động.
(3) TCVN X1993-1-2 áp dụng đối với kết cấu thép yêu cầu khả năng chịu lực nếu chịu tác động của lửa, với mục đích tránh sự sụp đổ sớm của kết cấu.
CHÚ THÍCH: Phần này không bao gồm các quy định cho cấu kiện ngăn cháy.
(4) TCVN X1993-1-2 đưa ra những nguyên tắc và những quy định áp dụng để thiết kế kết cấu đáp ứng được các yêu cầu về khả năng chịu lực và công năng sử dụng.
(5) TCVN X1993-1-2 áp dụng đối với các kết cấu, hoặc các bộ phận của kết cấu, trong phạm vi áp dụng và được thiết kế phù hợp với TCVN XXXX-1.
(6) Các phương pháp đưa ra có thể áp dụng cho các loại kết cấu thép cấp S235, S275, S355, S420 và S460 của EN 10025 và mọi mác thép quy định trong EN 10210 và EN 10219.
(7) Các phương pháp đưa ra cũng được áp dụng cho cấu kiện thép tạo hình nguội và cán trong phạm vi của TCVN XXXX-1-3.
(8) Các phương pháp đưa ra được áp dụng cho các loại thép mà tính chất vật liệu ở nhiệt độ cao được quy định, dựa trên các tiêu chuẩn tương thích với các tiêu chuẩn thiết kế TCVN
(9) Các phương pháp đưa ra cũng được áp dụng cho cấu kiện thép không gỉ và cán trong phạm vi của TCVN X1993-1-4.
CHÚ THÍCH: Khả năng chịu lửa của kết cấu liên hợp thép và bê tông, xem TCVN X1994-1-2.
>> Xem thêm: TCVN 9383:2012 THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU LỬA – CỬA ĐI VÀ CỬA CHẮN NGĂN CHÁY
1.2 Tài liệu viện dẫn
(1) Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
EN 10025 Thép kết cấu cán nóng;
EN 10210, Thép kết cấu không hợp kim và hạt mịn tiết diện rỗng hoàn thiện nóng: Phần 1: Điều kiện kỹ thuật khi cung cấp;
EN 10219 Thép kết cấu không hợp kim và hạt mịn tiết diện rỗng tổ hợp bằng phương pháp hàn tạo hình nguội:
Phần 1: Điều kiện kỹ thuật khi cung cấp;
EN 1363 Khả năng chịu lửa: Các yêu cầu chung;
EN 13501 Phân loại khả năng chịu lửa của cấu kiện nhà và sản phẩm xây dựng Phần 2 Phân loại các dữ liệu sử dụng dựa trên kết quả thí nghiệm chịu lửa
EN 13381 Thí nghiệm khả năng chịu lửa của cấu kiện xây dựng
Phần 1: Phương pháp thí nghiệm xác định khả năng bảo vệ chịu lửa cho cấu kiện chịu lực: bởi màng bảo vệ theo phương ngang;
Phần 2: Phương pháp thí nghiệm xác định khả năng bảo vệ chịu lửa cho cấu kiện chịu lực: bởi màng bảo vệ theo phương đứng;
Phần 4: Phương pháp thí nghiệm xác định khả năng bảo vệ chịu lửa cho cấu kiện chịu lực: bởi cấu kiện thép được bảo vệ chịu lửa;
TCVN X1990 Cơ sở thiết kế kết cấu; TCVN X1991 Tải trọng tác động;
Phần 1-2: Tải trọng tác động lên kết cấu chịu lửa TCVN XXXX Thiết kế kết cấu thép
Phần 1-1: Quy định chung và quy định cho nhà
Phần 1-3: Quy định chung – Quy định bổ sung cho cấu kiện và tấm tạo hình nguội Phần 1-4: Quy định chung – Quy định bổ sung cho thép không gỉ
Phần 1-8: Thiết kế nút
EN 1994 Thiết kế kết cấu liên hợp thép và bê tông:
Phần 1-2: Những quy định chung: Thiết kế kết cấu chịu lửa ISO 1000 Hệ thống đơn vị quốc tế
1.3 Các giả thiết
(1) Ngoài các giả thiết chung của TCVN X1990 cần áp dụng các giả thiết sau đây:
Tất cả hệ thống bảo vệ chịu lửa thụ động được sử dụng trong thiết kế phải được bảo trì phù hợp.
1.4 Phân loại giữa các nguyên tắc và quy định áp dụng
(1) Áp dụng các quy định trong TCVN X1990 mục 1.4 và TCVN X1991-1-2.
1.5 Thuật ngữ và định nghĩa
(1) Áp dụng các quy định trong TCVN X1990 mục 5.
(2) Các thuật ngữ được sử dụng trong TCVN X1993-1-2 có ý nghĩa như sau:
1.5.1 Các thuật ngữ đặc biệt liên quan đến thiết kế chung 1.5.1.1
Khung giằng (Braced frame)
Khung được phân loại là khung giằng nếu khả năng chống xoay của khung được hỗ trợ bởi hệ thống giằng chịu tải trọng theo phương ngang trong mặt phẳng, hệ giằng này đủ cứng để có thể giả thiết rằng nó chịu toàn bộ tải trọng theo phương ngang.
1.5.1.2
Phần của kết cấu (part of structure)
Phần riêng biệt được tách ra từ một kết cấu hoàn chỉnh, với các điều kiện gối tựa và điều kiện biên thích hợp.
1.5.2 Các thuật ngữ liên quan đến tác động nhiệt 1.5.2.1
Đường cong nhiệt độ theo thời gian tiêu chuẩn (standard temperature-time curve)
Đường cong danh định được định nghĩa trong EN 13501-2 để đại diện cho mô Hình Của một đám cháy phát triển hoàn toàn trong một khoang cháy.
1.5.3 Các thuật ngữ liên quan đến vật liệu và sản phẩm
1.5.3.1
Thép các bon (Carbon steel)
Trong tiêu chuẩn này: các loại mác thép phù hợp trong TCVN XXXX-1-1, trừ thép không gỉ.
1.5.3.2
Vật liệu bảo vệ chịu lửa (fire protection material)
Bất kỳ vật liệu hay tổ hợp các vật liệu được sử dụng để tăng khả năng chịu lửa của một cấu kiện chịu lực.
1.5.3.3
Thép không gỉ (stainless steel)
Các loại thép được viện dẫn trong TCVN X1993-1-4.
1.5.4 Các thuật ngữ liên quan đến tính toán truyền nhiệt
1.5.4.1
Hệ số hình dạng (configuration factor)
Hệ số hình dạng của sự truyền nhiệt bức xạ từ bề mặt A tới bề mặt B được xác định bởi phần năng lượng bức xạ truyền tới bề mặt B trong tổng số năng lượng bức xạ phát ra từ bề mặt A.
1.5.4.2
Hệ số truyền nhiệt đối lưu (convective heat transfer coefficient)
Dòng nhiệt đối lưu truyền đến một bộ phận do sự chênh lệch giữa nhiệt độ khối của khí bao quanh một bề mặt của bộ phận đang xét và nhiệt độ của chính các bề mặt đó.
1.5.4.3
Độ phát xạ nhiệt (emissivity)
Bằng độ hấp thụ nhiệt của một bề mặt, tức là tỷ số giữa lượng nhiệt bức xạ được hấp thụ bởi một bề mặt đó và lượng nhiệt bức xạ được hấp thụ bởi bề mặt của vật đen tuyệt đối.
1.5.4.4
Thông lượng nhiệt hấp thụ (net heat flux)
Năng lượng được các cấu kiện hấp thụ hoàn toàn tính trên một đơn vị diện tích và trong một đơn vị thời gian.
1.5.4.5
Hệ số tiết diện (section factor)
Đối với cấu kiện thép, là tỷ số giữa diện tích bề mặt tiếp xúc và thể tích của cấu kiện; đối với cấu kiện kín, là tỷ số giữa diện tích bề mặt bên trong và thể tích của cấu kiện.
1.5.4.6
Hệ số tiết diện hộp (box value of section factor)
Tỷ số giữa diện tích bề mặt tiếp xúc của hộp giới hạn danh định và thể tích của cấu kiện.
1.5.5 Các thuật ngữ liên quan đến phân tích ứng xử cơ học
1.5.5.1
Nhiệt độ tới hạn của cấu kiện thép kết cấu (critical temperature of a structural steel member)
Với mức tải trọng cho trước, nhiệt độ mà tại đó xảy ra trạng thái phá hoại ở cấu kiện thép dưới tác dụng của nhiệt độ phân bố đều.
1.5.5.2
Giới hạn chảy hiệu dụng (effective yield strength)
Tại một giá trị nhiệt độ, giới hạn chảy hiệu dụng là giá trị ứng suất tại đó quan hệ ứng suất biến dạng của thép được phân chia và tạo thành một khoảng chảy dẻo.
1.6 Ký hiệu
(1) Những ký hiệu sau được sử dụng bổ sung cho tiêu chuẩn TCVN X1993-1-2
Chữ cái la tinh viết hoa
Ai diện tích phần tiết diện ngang có nhiệt độ Ɵi
Am diện tích bề mặt tiếp xúc của cấu kiện trên một đơn vị chiều dài
Am / V hệ số tiết diện của phần cấu kiện thép không được bảo vệ
Ci hệ số bảo vệ của mặt thứ i của cấu kiện
Ap diện tích tương ứng của bề mặt của vật liệu bảo vệ chịu lửa trên một đơn vị chiều dài của cấu kiện [m²/m]
Ea giá trị mô đun đàn hồi của thép ở nhiệt độ thường
Ea,θ giá trị mô đun đàn hồi của thép ở nhiệt độ cao, Ɵa
Efi,d hiệu ứng thiết kế của tác động trong tình huống thiết kế chịu lửa, xác định theo TCVN X1991- 1-2, bao gồm cả hiệu ứng giãn nở và biến dạng nhiệt
Fb,Rd Fb,t,Rd Fv,Rd
Fv,t,Rd Fw,Rd Fw,t,Rd Gk
sức kháng ép mặt thiết kế của bu lông
sức kháng ép mặt thiết kế của bu lông khi chịu lửa
sức kháng cắt thiết kế của bu lông trên mặt phẳng cắt tính toán giả thiết rằng mặt phẳng cắt đi qua phần ren của bu lông
sức kháng cắt thiết kế của bu lông khi chịu lửa
sức kháng thiết kế trên đơn vị chiều dài của đường hàn góc
sức kháng thiết kế trên đơn vị chiều dài của đường hàn góc khi chịu lửa giá trị đặc trưng của tải trọng dài hạn
If thông lượng nhiệt bức xạ từ một lỗ mở
Iz thông lượng nhiệt bức xạ từ ngọn lửa
Iz,i thông lượng nhiệt bức xạ từ ngọn lửa đến mặt thứ i của cột
L chiều dài hình học của cột tại tầng tương ứng
Mb,fi,t,Rd sức kháng mô men thiết kế do mất ổn định tại thời điểm t
Mfi,t,Rd sức kháng mô men thiết kế tại thời điểm t
Mfi,θ,Rd sức kháng mô men thiết kế của tiết diện ngang tại nhiệt độ phân bố đều a mà bằng với nhiệt độ phân bố đều a tại thời điểm t trong một tiết diện ngang không chịu ảnh hưởng nhiệt độ của gối tựa
MRd bằng mô men sức kháng dẻo thiết kế của tiết diện nguyên Mpl,Rd ở nhiệt độ thường, hoặc bằng mô men sức kháng đàn hồi thiết kế của tiết diện nguyên Mel,Rd ở nhiệt độ thường
Nb,fi,t,Rd sức kháng mất ổn định thiết kế tại thời điểm t của cấu kiện chịu nén
NRd sức kháng thiết kế của tiết diện ở nhiệt độ thường Npl,Rd , theo TCVN XXXX-1-1
Nfi,θ,Rd sức kháng thiết kế của cấu kiện chịu kéo chịu nhiệt độ phân bố đều a
Nfi,t,Rd sức kháng thiết kế của cấu kiện chịu kéo tại thời điểm t với nhiệt độ phân bố không đều trên tiết diện ngang
Qk,1 tải trọng chính thay đổi
Rfi,d,t sức kháng thiết kế trong tình huống thiết kế chịu lửa
Rfi,d,0 giá trị của Rfi,d,t tại thời điểm t = 0
Tf nhiệt độ của đám cháy [K]
To nhiệt độ của lửa tại lỗ mở [K]
Tx nhiệt độ của đầu ngọn lửa [813K]
Tz nhiệt độ của ngọn lửa [K]
Tz,1 nhiệt độ của ngọn lửa [K]theo Phụ lục B của TCVN X1991-1-2, vị trí đáy dầm
Tz,2 nhiệt độ của ngọn lửa [K] theo Phụ lục B của TCVN X1991-1-2, vị trí đỉnh (mặt trên) dầm
V thể tích của cấu kiện trên một đơn vị chiều dài
Vfi,t,Rd sức kháng cắt thiết kế tại thời điểm t
VRd sức kháng cắt thiết kế của tiết diện ngang nguyên tại nhiệt độ thường, theo TCVN XXXX-1-1
Xk giá trị đặc trưng về cường độ hoặc biến dạng ( fk hoặc Ek ) ở nhiệt độ thường theo TCVN XXXX-1-1
Chữ cái la tinh viết thường
az khả năng hấp thụ của ngọn lửa
c nhiệt dung riêng
ca nhiệt dung riêng của thép
cp nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu bảo vệ chịu lửa
di kích thước tiết diện ngang mặt thứ i của cấu kiện
dp độ dày của vật liệu bảo vệ chịu lửa
d f độ dày của lớp vật liệu bảo vệ chịu lửa ( df =
fp,θ giới hạn tỉ lệ của thép ở nhiệt độ cao Ɵa
fy giới hạn chảy của thép ở nhiệt độ 20°C
0 đối với cấu kiện không có lớp bảo vệ chịu lửa)
fy,θ giới hạn chảy hiệu dụng của thép ở nhiệt độ Ɵa
fy,i giới hạn chảy danh định fy cho phần diện tích Ai với giá trị dương cho phần chịu nén so với trục trung hòa dẻo và giá trị âm cho phần chịu kéo.
fu,θ giới hạn cực hạn ở nhiệt độ cao, có kể đến biến cứng.
hnet,d giá trị thiết kế của thông lượng nhiệt hấp thụ qua một đơn vị diện tích bề mặt
hz chiều cao của đỉnh ngọn lửa so với đáy dầm
i chỉ số mặt thứ (1), (2), (3) và (4) của cột
kb,θ hệ số giảm của bu lông ở nhiệt độ xác định
kE,θ hệ số giảm cho độ dốc của khoảng đàn hồi tuyến tính ở nhiệt độ a tại thời điểm t, từ Điều 3
kE,θ,com hệ số giảm cho độ dốc của khoảng đàn hồi tuyến tính ở nhiệt độ lớn nhất của bản cánh chịu nén a,com tại thời điểm t, từ Điều 3
ksh hệ số điều chỉnh do hiệu ứng bóng
kθ giá trị tương đối của cường độ hoặc biến dạng của thép tại nhiệt độ Ɵa
kθ hệ số giảm của cường độ hoặc biến dạng ( Xk,θ / Xk ) , phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu, xem Điều 3
k w,θ hệ số giảm cường độ cho đường hàn
ky,θ hệ số giảm cho giới hạn chảy của thép ở nhiệt độ a tại thời điểm t, từ Điều 3
ky,θ,com hệ số giảm cho giới hạn chảy của thép ở nhiệt độ lớn nhất của bản cánh chịu nén Ɵa,com tại thời điểm t, từ Điều 3
ky,θ,i hệ số giảm cho giới hạn chảy của thép ở nhiệt độ Ɵi
ky,θ,max hệ số giảm cho giới hạn chảy của thép ở nhiệt độ lớn nhất của thép Ɵa,max tại thời điểm t, từ Điều 3
ky,θ,web hệ số giảm cho giới hạn chảy của thép ở nhiệt độ Ɵweb của thép, xem Điều 3
ky hệ số tương tác
kz hệ số tương tác
kLT hệ số tương tác
- số lượng lỗ mở ở phía m
- số lượng lỗ mở ở phía n
l chiều dài ở 20°C ; khoảng cách đo từ lỗ mở, đo dọc theo trục ngọn lửa
lfi chiều dài tính toán của cột trong tình huống thiết kế chịu lửa
- khoảng cách theo phương ngang từ tâm cột đến tường của khoang cháy
- thời gian tiếp xúc với lửa
w i bề rộng của lỗ mở
zi khoảng cách từ trục trung hòa dẻo đến trọng tâm của diện tích phân tố Ai
Chữ cái la tinh viết hoa
Δt
Δl
ΔƟg,t
khoảng thời gian giãn nở do nhiệt
mức tăng nhiệt độ không khí trong khoảng thời gian Δt
ϕf,i hệ số hình dạng của mặt i cho một lỗ mở
ϕf hệ số hình dạng tổng thể của cấu kiện do truyền nhiệt bức xạ từ một lỗ mở
ϕz hệ số hình dạng tổng thể của cấu kiện do truyền nhiệt bức xạ từ một ngọn lửa
ϕz,i hệ số hình dạng của mặt thứ i cấu kiện do truyền nhiệt bức xạ từ một ngọn lửa
ϕz,m hệ số hình dạng tổng thể của cột do truyền nhiệt từ ngọn lửa phía m
ϕz,n hệ số hình dạng tổng thể của cột do truyền nhiệt từ ngọn lửa phía n
Chữ cái la tinh viết thường
α hệ số truyền nhiệt do đối lưu
βM hệ số mô men phân bố đều tương đương
γ G hệ số riêng của tải trọng dài hạn
γ M2 hệ số riêng ở nhiệt độ thường
γ M,fi hệ số riêng liên quan đến tính chất vật liệu, cho tình huống thiết kế chịu lửa
γ Q,1 hệ số riêng của tải trọng thay đổi thứ nhất
εf độ phát xạ nhiệt của ngọn lửa; độ phát xạ nhiệt của một lỗ mở
εz độ phát xạ nhiệt của ngọn lửa
εz,m độ phát xạ nhiệt toàn phần của ngọn lửa bên phía m
εz,n độ phát xạ nhiệt toàn phần của ngọn lửa bên phía n
ξ hệ số giảm của tải trọng thường xuyên bất lợi G
ηfi hệ số giảm của tải trọng thiết kế trong tình huống thiết kế chịu lửa
Ɵ nhiệt độ
Ɵ a nhiệt độ của thép [°C]
Ɵ a,cr nhiệt độ tới hạn của thép
Ɵ g,t nhiệt độ của khí bao quanh ở thời điểm t
Ɵ web nhiệt độ trung bình trong bản bụng của tiết diện
Ɵ i nhiệt độ của tiết diện phân tố Ai
κ hệ số điều chỉnh
κ 1 hệ số điều chỉnh cho trường hợp nhiệt độ không đều trên tiết diện ngang
κ 2 hệ số điều chỉnh cho trường hợp nhiệt độ không dọc theo dầm
λ hệ số dẫn nhiệt
λ i bề rộng ngọn lửa của lỗ mở i
λ p hệ số dẫn nhiệt của hệ bảo vệ chịu lửa
λ f hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng của vật liệu bảo vệ chịu lửa
μ0 mức độ sử dụng tại thời điểm t = 0
σ Hệ số Stefan Boltzmann [5,67 x 10-8 W/m2K4]
ρa khối lượng riêng của thép
ρp khối lượng riêng của vật liệu bảo vệ chịu lửa
χ fi hệ số giảm do mất ổn định khi uốn trong tình huống thiết kế chịu lửa
χ LT,fi hệ số giảm do mất ổn định khi xoắn ngang trong tình huống thiết kế chịu lửa
χ min,fi giá trị nhỏ nhất của χ y,fi và χ z,fi
χ z,fi hệ số giảm do mất ổn định khi uốn quanh trục z trong tình huống thiết kế chịu lửa
χ y,fi hệ số giảm do mất ổn định khi uốn quanh trục y trong tình huống thiết kế chịu lửa
ψ fi hệ số tổ hợp cho tải trọng thường xuyên, cho bởi ψ 1,1 và ψ 2,1
2. Cơ sở thiết kế
2.1 Các yêu cầu
2.1.1 Các yêu cầu cơ bản
(1) P Khi cần tuân thủ các yêu cầu về khả năng làm việc trong điều kiện chịu lửa, kết cấu thép phải được thiết kế và xây dựng để chúng có thể duy trì khả năng chịu tải trong suốt thời gian chịu lửa quy định.
(2) Tiêu chí biến dạng nên được áp dụng ở những vị trí cần được bảo vệ hoặc vị trí mà tiêu chí thiết kế cho cấu kiện ngăn chia yêu cầu kể đến sự biến dạng của cấu kiện chịu lực.
(3) Ngoại trừ trong (2), không cần xét đến sự biến dạng của kết cấu chịu lực trong các trường hợp sau:
- sự hiệu quả của các biện pháp bảo vệ đã được đánh giá theo như 4.3
- các cấu kiện ngăn chia đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chịu lửa dưới tác động của đám cháy tiêu chuẩn.
2.1.2 Tác động của đám cháy danh định
(1) Trong điều kiện chịu lửa tiêu chuẩn, các cấu kiện phải tuân theo các tiêu chí R như sau:
– cấu kiện chỉ chịu lực: độ bền cơ học (tiêu chí R)
(2) Tiêu chí “R” được xem là thỏa mãn khi chức năng chịu lực được duy trì trong suốt thời gian chịu lửa yêu cầu.
(3) Đối với đường quan hệ đám cháy hydrocacbon, cũng áp dụng các tiêu chí tương tự như trên, tuy nhiên việc tham chiếu tới đường cong đặc trưng này được đánh dấu bằng các chữ cái “HC”.
2.1.3 Tác động của đám cháy tham số
(1) Chức năng chịu lực được đảm bảo không xảy ra sự sụp đổ trong toàn bộ thời gian của đám cháy bao gồm cả giai đoạn suy tàn của đám cháy hoặc trong toàn bộ thời gian chịu lửa yêu cầu.
2.2 Tải trọng tác động
(1) Những tác động cơ học và tác động nhiệt được lấy theo TCVN X1991-1-
(2) Cùng với TCVN X1991-1-2, hệ số phát xạ nhiệt của bề mặt thép có thể lấy bằng 0,7 đối với thép các bon và bằng 0,4 đối với thép không gỉ theo phụ lục C.
2.3 Giá trị thiết kế của các tính chất vật liệu
(1) Giá trị thiết kế của các tính chất cơ học (cường độ và biến dạng) của vật liệu X d,fi được xác định như sau:
X d,fi = kθ Xk / y M,fi
trong đó:
(2.1)
Xk là giá trị đặc trưng của cường độ hoặc biến dạng (thông thường là fk hoặc Ek ) khi ở nhiệt độ thường theo TCVN XXXX-1-1;
kθ là hệ số giảm cường độ hoặc biến dạng ( Xk,θ / Xk ) , phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu; xem Điều 3;
y M,fi hệ số riêng liên quan đến tính chất vật liệu, cho tình huống thiết kế chịu lửa
CHÚ THÍCH: Đối với các tính chất cơ học của thép, giá trị cho hệ số riêng sử dụng trong điều kiện chịu lửa xem trong Phụ lục quốc gia. Giá trị khuyến nghị y M,fi = 1.0 .
(2) Giá trị thiết kế của các tính chất nhiệt học của vật liệu Xd,fi được định nghĩa như sau:
- Nếu tính chất tăng lên thì an toàn hơn:
Xd ,fi = Xk ,θ / y (2.2a)
M ,fi
Nếu tính chất tăng lên thì kém an toàn hơn:
Xd,fi = y M,fi Xk,θ (2.2b)
trong đó:
Xk,θ là giá trị của tính chất vật liệu trong thiết kế cháy, thường phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu, xem Điều 3;
y M,fi hệ số riêng liên quan đến tính chất vật liệu, cho tình huống thiết kế chịu lửa.
CHÚ THÍCH: Đối với đặc tính nhiệt của thép, giá trị cho hệ số riêng được sử dụng trong điều kiện chịu lửa xem trong Phụ lục quốc gia. Giá trị khuyến nghị y M,fi = 1.0 .
2.4 Các phương pháp kiểm tra
2.4.1 Quy định chung
(1) Mô Hình Của một hệ kết cấu được sử dụng để thiết kế theo TCVN XXXX -1-2 phải phản ánh được khả năng làm việc theo dự kiến của kết cấu đó khi chịu lửa.
CHÚ THÍCH: Các quy định trong TCVN X1993-1-2 chỉ áp dụng cho đám cháy danh định được nêu trong các điều khoản liên quan.
(2) P Kết cấu phải được kiểm tra trong khoảng thời gian chịu lửa t:
Efi,d Rfi,d,t (2.3)
trong đó:
Efi,d là giá trị thiết kế của các tác động trong tình huống thiết kế chịu lửa, được xác định theo TCVN X1991-1-2, bao gồm cả các hiệu ứng của sự giãn nở và biến dạng nhiệt;
Rfi,d,t là độ bền thiết kế tương ứng trong tình huống thiết kế chịu lửa.
(3) Việc phân tích sự làm việc của kết cấu trong điều kiện chịu lửa được thực hiện theo mục 1.4(2) của TCVN X1990.
CHÚ THÍCH 1: Để phân tích cấu kiện, xem 2.4.2;
Để phân tích một phần của kết cấu, xem 2.4.3; Để phân tích kết cấu tổng thể, xem 2.4.4.
CHÚ THÍCH 2: Để kiểm tra yêu cầu về khả năng chịu lửa tiêu chuẩn, chỉ cần thực hiện tính toán cấu kiện.
(4) Một phương pháp tính toán chịu lửa tương đương khác có thể áp dụng dựa trên các kết quả thử nghiệm cháy hoặc dựa vào sự kết hợp giữa thử nghiệm cháy và tính toán.
2.4.2 Phân tích cấu kiện
(1) Ảnh hưởng của các tác động cần được xác định tại thời điểm t = 0 sử dụng các hệ số tổ hợp 1,1
hoặc 2,1 theo TCVN X1991-1-2, 4.3.1.
(2) Để đơn giản tính toán, ảnh hưởng của các tác động Ed,fi có thể được xác định từ các phân tích kết cấu ở nhiệt độ thường như sau:
Ed,fi = ηfiEd (2.4)
trong đó:
Ed là giá trị thiết kế của lực hoặc mômen tương ứng đối với thiết kế ở nhiệt độ thường cho tổ hợp cơ bản của các tác động (xem TCVN X1990);
ηfi là hệ số giảm cho tải trọng tính toán trong tình huống thiết kế chịu lửa.
(3) Hệ số giảm ηfi của tổ hợp tải trọng (6.10) trong TCVN X1990 được xác định như sau:
η = Gk +ψ fiQk,1
(2.5)
fi y G + y Q
G k Q,1 k,1
hoặc đối với các tổ hợp tải trọng (6.10a) và (6.10b) trong TCVN X1990 sẽ là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị dưới đây:
η = Gk +ψ fiQk,1
(2.5a)
fi y G
+ y ψ Q
G k Q,1 0,1
η = Gk +ψ fiQk,1
k,1
(2.5b)
fi 3y G + y Q
G k Q,1 k,1
trong đó:
Qk,1 là giá trị đặc trưng của tải trọng thay đổi; Gk là giá trị đặc trưng của tải trọng dài hạn; y G là hệ số riêng của tải trọng dài hạn;
y Q,1 là hệ số riêng của tải trọng thay đổi thứ nhất;
ψ fi là hệ số tổ hợp, có thể là ψ1,1 hoặc ψ 2,1 , xem TCVN X1991-1-2;
3 là hệ số giảm của tải trọng bất lợi dài hạn Gk .
CHÚ THÍCH 1: Một ví dụ về sự thay đổi của hệ số giảm ηfi phụ thuộc vào tỷ lệ tải trọng Qk,1 / Gk
cho các giá trị hệ số tổ
hợp khác nhau ψ fi = ψ 1,1 theo công thức (2.5), được thể hiện trong hình 2.1 với các giả thiết sau: với y G = 1,35 và y Q = 1,5 . Các hệ số riêng được xác định trong các Phụ lục quốc gia tương ứng của TCVN X1990. Công thức (2.5a) và (2.5b) cho các giá trị lớn hơn không đáng kể.
Hình 2.1 – Sự biến thiên hệ số giảm ηfi theo tỷ số tải trọng Qk,1 / Gk
CHÚ THÍCH 2: Để đơn giản tính toán, có thể lấy ηfi = 0,65 , ngoại trừ các tải trọng loại E trong TCVN X1991-1-1 (khu vực thường xuyên chất nhiều hàng hóa, kể cả khu vực lối vào), khi đó ηfi lấy bằng 0,7.
(4) Chỉ những ảnh hưởng của sự biến dạng nhiệt do sự thay đổi nhiệt độ trên tiết diện ngang là cần được xét đến. Những ảnh hưởng của sự giãn nở vì nhiệt theo phương dọc trục hoặc trong mặt phẳng tải trọng có thể được bỏ qua.
(5) Các điều kiện biên tại vị trí gối tựa và đầu mút của cấu kiện có thể được giả định là không đổi trong suốt thời gian chịu lửa.
(6) Các phương pháp tính toán đơn giản hoặc nâng cao được đưa ra lần lượt ở các mục 4.2 và 4.3 đều thích hợp để tính toán các cấu kiện trong điều kiện chịu lửa.
2.4.3 Phân tích một phần kết cấu
(1) Áp dụng mục 4.2(1)
(2) Một cách khác để phân tích kết cấu trong điều kiện chịu lửa tại thời điểm t = 0 , phản lực tại các gối tựa và các nội lực và mômen ở biên của phần kết cấu đang xét có thể được xác định dựa vào tính toán kết cấu trong điều kiện nhiệt độ thường như được thể hiện trong 4.2.
(3) Sự tính toán một phần kết cấu cần được xác định dựa trên các giãn nở và biến dạng do nhiệt để sự tác động qua lại giữa các cấu kiện khác có thể được xác định gần đúng bởi các gối tựa và các điều kiện biên không phụ thuộc thời gian trong quá trình chịu lửa.
(4) Trong phạm vi tính toán của phần kết cấu, phải xét đến các hình thức phá hoại tương ứng trong điều kiện chịu lửa, các tính chất phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu và độ cứng của cấu kiện, ảnh hưởng của sự giãn nở và biến dạng vì nhiệt (những tác động gián tiếp do chịu lửa).
(5) Giả thiết các điều kiện biên tại gối đỡ, các lực và mômen tại biên của một phần kết cấu không thay đổi trong suốt quá trình chịu lửa.
2.4.4 Phân tích kết cấu tổng thể
(1) Khi tiến hành phân tích kết cấu tổng thể trong điều kiện chịu lửa, phải xét đến các dạng phá hoại tương ứng trong điều kiện chịu lửa, các tính chất phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu và độ cứng của cấu kiện cũng như các ảnh hưởng của sự giãn nở và biến dạng vì nhiệt (những tác động gián tiếp do chịu lửa).
3. Các tính chất của vật liệu
3.1 Tổng quát
(1) Các giá trị của tính chất vật liệu được đưa ra trong phần này được coi là các giá trị đặc trưng trừ khi được ghi rõ là giá trị thiết kế.
(2) Các tính chất cơ học của thép ở 20°C được lấy như trong TCVN XXXX-1-1 áp dụng cho tính toán ở điều kiện nhiệt độ thường.
3.2 Tính chất cơ học của thép các bon
3.2.1 Tính chất về cường độ và biến dạng
(1) Đối với tốc độ gia nhiệt từ 2 đến 50K/phút, xác định đặc trưng về cường độ và biến dạng của thép ở nhiệt độ cao theo quan hệ ứng suất-biến dạng được cho trong Hình 3.1.
CHÚ THÍCH: Đối với các quy định trong tiêu chuẩn này, cần giả thiết rằng tốc độ gia nhiệt thuộc khoảng xác định.
(2) Quan hệ cho trong Hình 1 được sử dụng để xác định khả năng chịu kéo, nén, mô men và cắt.
(3) Bảng 3.1 đưa ra các giá trị hệ số giảm cho quan hệ ứng suất-biến dạng của thép ở nhiệt độ cao trong Hình 3.1. Những hệ số giảm này được xác định như sau:
- giới hạn chảy hiệu dụng, tương quan với giới hạn chảy ở 20°C: ky,θ = fy,θ / fy
- tỉ lệ giới hạn, tương quan với giới hạn chảy ở 20°C: kp,θ = fp,θ / fy
- độ dốc của khoảng đàn hồi tuyến tính, tương quan với mô đun đàn hồi ở 20°C: kE,θ = Ea,θ / Ea
CHÚ THÍCH: Sự thay đổi của các hệ số giảm phụ thuộc vào nhiệt độ được minh họa trong Hình 3.2.
(4) Tương tự, đối với nhiệt độ thấp hơn 400°C , quan hệ ứng suất-biến dạng nêu ở (1) có thể mở rộng bởi lựa chọn biến dạng cứng hóa xác định theo Phụ lục A, cho các vị trí cục bộ và các cấu kiện mất ổn định không gây ra sự sụp đổ quá sớm.
| Khoảng biến dạng | Ứng suất σ | Mô đun tiếp tuyến |
| s sp,θ | s Ea,θ | Ea,θ |
| sp,θ < s < sy,θ | 0,5
f – c + (b / a) a2 – (s – s )2 p,θ L y,θ |
b (sy,θ – s )
2 0,5 a a2 – (s – s ) L y,θ |
| sy,θ s st,θ | fy,θ | 0 |
| s t,θ < s < su,θ | fy,θ L1– (s – st,θ ) / (su,θ – st,θ ) | – |
| s = su,θ | 0,00 | – |
| Tham số | sp,θ = fp,θ / Ea,θ sy,θ = 0,02 s t,θ = 0,15 su,θ = 0,20 | |
| Phương trình | a2 = (s – s )(s – s + c / E )
y,θ p,θ y,θ p,θ a,θ b2 = c(s – s )E + c 2 y,θ p,θ a,θ (f – f )2 c = y,θ p,θ (sy,θ – sp,θ )Ea,θ – 2(fy,θ – fp,θ ) |
|
CHÚ DẪN: fy,θ giới hạn chảy hiệu dụng;
Biến dạng s
fp,θ giới hạn tỉ lệ;
Ea,θ độ dốc của khoảng đàn hồi tuyến tính;
sp,θ biến dạng tại giới hạn tỉ lệ;
sy,θ biến dạng chảy;
st,θ biến dạng giới hạn của giới hạn chảy;
su,θ biến dạng cực hạn;
Hình 3.1 – Quan hệ ứng suất-biến dạng của thép các bon ở nhiệt độ cao
Bảng 3.1 – Hệ số giảm quan hệ ứng suất-biến dạng của thép các bon ở nhiệt độ cao
| Hệ số giảm tại nhiệt độ θa tương quan với giá trị fy và Ea tại nhiệt độ 20 oC | ||||
| Nhiệt độ của thép θa (OC) | Hệ số giảm (liên quan đến fy) của giới hạn chảy hiệu dụng
ky,θ = fy,θ /fy |
Hệ số giảm (liên quan đến fy) của giới hạn tỉ lệ
kp,θ = fp,θ /fy |
Hệ số giảm (liên quan đến Ea) độ dốc của khoảng đàn hồi tuyến tính | |
| kE,θ = Ea,θ /Ea | ||||
| 20 | 1,000 | 1,000 | 1,000 | |
| 100 | 1,000 | 1,000 | 1,000 | |
| 200 | 1,000 | 0,807 | 0,900 | |
| 300 | 1,000 | 0,613 | 0,800 | |
| 400 | 1,000 | 0,420 | 0,700 | |
| 500 | 0,780 | 0,360 | 0,600 | |
| 600 | 0,470 | 0,180 | 0,310 | |
| 700 | 0,230 | 0,075 | 0,130 | |
| 800 | 0,110 | 0,050 | 0,090 | |
| 900 | 0,060 | 0,0375 | 0,0675 | |
| 1000 | 0,040 | 0,0250 | 0,0450 | |
| 1100 | 0,020 | 0,0125 | 0,0225 | |
| 1200 | 0,000 | 0,0000 | 0,0000 | |
| CHÚ THÍCH: Nội suy tuyến tính để xác định các giá trị trung gian. | ||||
Hình 3.2 – Hệ số giảm của quan hệ ứng suất-biến dạng của thép các bon ở nhiệt độ cao
3.2.2 Khối lượng riêng
(1) Khối lượng riêng của thép pa có thể được xem là không thay đổi theo nhiệt độ. Có thể lấy như sau:
pa = 7850 kg/m3
3.3 Các tính chất cơ học của thép không gỉ
(1) Tính chất cơ học của thép không gỉ có thể xác định theo phụ lục C.
3.4 Các tính chất nhiệt
3.4.1 Thép các bon
3.4.1.1 Độ giãn dài nhiệt
(1) Độ giãn dài tương đối do nhiệt của thép, l / l , được xác định như sau:
– Khi 20°C θa < 750°C
|
l / l = 1,2 10–5θ
+ 0,4 10–8θ 2 – 2,416 10–4
(3.1a)
– Khi 750C θa 860C
l / l = 1,1 10–2
– Khi 860°C < θa 1200°C
|
l / l = 2 10–5θ – 6,2 10–3
(3.1b)
(3.1c)
trong đó:
l là chiều dài ở 20°C;
l là độ giãn dài do nhiệt;
θa là nhiệt độ của thép [C] .
CHÚ THÍCH: Sự thay đổi của độ giãn dài tương đối theo nhiệt độ được minh họa trong Hình 3.3.
Hình 3.3 – Độ giãn dài tương đối do nhiệt của thép các bon như một hàm của nhiệt độ
3.4.1.2 Nhiệt dung riêng
(1) Nhiệt dung riêng của thép, ca , được xác định như sau: Khi 20°C θa < 600°C
|
|
c = 425 + 7,73 10–1θ – 1,69 10–3θ2 + 2,22 10–6θ3
J/kgK (3.2a)
Khi 600°C θa < 735°C
ca = 666 +
13002
738 – θa
J/kgK (3.2b)
Khi 735°C θa < 900°C
|
c = 545 +
17820
J/kgK (3.2c)
|
a 731
Khi 900°C θa 1200°C
ca = 650 J/kgK (3.2d)
trong đó:
θa là nhiệt độ của thép [°C] .
CHÚ THÍCH: Sự thay đổi của nhiệt dung riêng theo nhiệt độ được minh họa trong Hình 3.4.
Hình 3.4 – Nhiệt dung riêng của thép các bon như một hàm của nhiệt độ
3.4.1.3 Hệ số dẫn nhiệt
(1) Hệ số dẫn nhiệt của thép, λa được xác định như sau: Khi 20°C θa < 800°C
λ = 54 – 3,33 10–2θ
W/mk (3.3a)
Khi 800°C θa 1200°C
λa = 27,3 W/mk (3.3b)
trong đó:
θa là nhiệt độ của thép °C .
CHÚ THÍCH: Sự thay đổi của hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ được minh họa trong Hình 3.5.
Hình 3.5 – Hệ số dẫn nhiệt của thép như một hàm của nhiệt độ
3.4.2 Thép không gỉ
(1) Các tính chất về nhiệt của thép không gỉ có thể xác định theo Phụ lục C.
3.4.3 Vật liệu bảo vệ chịu lửa
(1) Các tính chất và công năng của vật liệu bảo vệ chịu lửa sử dụng trong thiết kế cần được đánh giá bằng các quy trình thí nghiệm phù hợp trong EN 13381-1, EN 13381-2 hoặc EN 13381-4.
CHÚ THÍCH: Các tiêu chuẩn này bao gồm các yêu cầu để vật liệu bảo vệ chịu lửa có thể giữ được sự đồng nhất và dính kết với kết cấu được bọc bảo vệ khi chịu lửa.
